医学实验设计.ppt

医学实验设计的主要内容一、医学科研的概念二、医学科研的基本任务三、医学科研的特点四、医学科研的分类五、医学科研的方法学六、医学科研的基本程序七、医学科研工作的时间分配八、开题报告的主要内容九、课题评审时的“四性”十、医学实验设计的意义十一、医学实验设计内容十二、实验设计的特点十三、实验设计的基本要素十四、实验误差及误差的控制十五、实验设计的原则一、医学科研的概念医学科研的概念医学科学研究是以正确的观点和方法探索与医学有关的未知或未全知的事物或现象的本质和规律的一种认识和实践。二、医学科研的基本任务医学科研的基本任务医学科学研究的基本任务是认识疾病，掌握疾病的发生发展过程，提示健康与疾病的转化规律，提出有效的防治措施，增进人类的健康。三、医学科研的特点医学科研的特点 医学科研的对象是人，人具有生物和社会两重属性。1人体的现象和规律不能笼统地用一般生物学规律来解释；2人的个体在形态、生理、精神等方面变异性大，样本中的实验单位的一致性较差，观察结果的离散程度大；3一般不允许在人体上直接进行试验；4宏观、微观两个方向发展，相互配合。四、医学科研的分类医学科研的分类 1动物实验 animal experiment 2临床试验 clinical trial 3社区干预试验 munity intervention trial五、医学科研的方法学医学科研的方法学 1一级方法学（搜集资料的方法）a.观察法 b.实验法 2二级方法学（处理资料的方法）将所搜集的资料通过思维过程进行处 理，上升为理性认识六、医学科研的基本程序医学科研的基本程序 选题过程 实验过程 数据处理过程选题过程 1初始意念或提出问题 2文献查阅 3假说形成 4陈述问题实验过程 5实验设计 6实验观察 7数据资料积累数据处理过程 8数据处理 9统计分析 10提出结论七、医学科研工作的时间分配医学科研工作的时间分配 内容 占时（%）选择与确立科研课题 10 搜集科研资料 50 整理与分析资料 30 撰写科研报告 10八、开题报告的主要内容开题报告的主要内容 1课题全称、分题、副题 2研究本课题的目的、意义 3本课题的立题依据与可行性 4国内外有关本课题的研究进展情况 5科研设计方案 研究内容 拟解决关键问题 研究方法与技术路线 6经费、设备等物质条件的解决办法 7预期进度及可能出现的问题 8预期成果 9其它九、课题评审时的“四性”课题评审时的“四性”1先进性 2科学性 3实用性 4可行性十、医学实验设计的意义医学实验设计的意义 实验设计是科研计划的具体实施方案，实验设计的意义有：1依据研究目的，规定具体的研究任务和所要采取的技术路线和方法；2用较为经济的人力、物力、财力及时间，最大限度地减少误差，获得可靠的结果。十一、医学实验设计内容医学实验设计内容科研题目的确立 1题目要明确具体 2立题要有依据 3科研题目的性质、结果要明确科研构思 提出解决题意，验证假说和设想的基本思路和方法处理因素受试对象实验效应实验方法医学科研中的对照研究对象的分组样本含量误差控制(十一)记录资料的方法(十二)统计处理方法(十三)研究步骤及顺序(十四)其它医学实验设计医学实验设计专业设计专业设计统计设计：统计设计：样本含量、样本代表性、样本的分组、组间可比性、误差控制、统计分析方法理论设计理论设计技术设计技术设计十二、实验设计的特点实验设计的特点 1研究者能人为设置处理因素。2受试对象接受何种处理因素或水平是经随机分配而定的，组间均衡性较好。3能使多种实验因素包括在较少次数的实验中，更有效地控制误差，达到高效目的。十三、实验设计的基本要素实验设计的基本要素 1处理因素 2受试对象 3实验效应处理因素 一般指外加于受试对象，在实验中需要观察并阐明其处理效应的因素。1处理因素种类 自然因素 包括物理、化学、生物学等三方面因素。社会因素 心理因素2实验设计时应注意 抓主要因素 包括单独作用和交互作用 明确处理因素与非处理因素 处理因素：某项实验中所要阐明的因素。非处理因素：参与实验，对实验结果有一定影响的其它因素。又称混杂因素（产生混杂效应）或干扰因素（影响实验结果）。处理因素要标准化 处理因素在整个实验过程中应标准化，保持不变。药品药品：名称、性质、成分、作用、作法、生产厂家、药品批号、出厂日期、保存方法等。检测方法检测方法：具体方法、原理及特点、操作常规。仪器仪器：名称、产地、厂家、型号、规格性能、精密度、标准、使用及维修常规。实验条件实验条件：明确规定需要控制的条件。观察时间观察时间：规定具体观察时间。受试对象指被处理因素作用的对象。1受试对象选择的基本要求：敏感性容易显示效应 特异性不易受非处理因素干扰 稳定性减少误差 经济性易得、便宜 可行性易施加处理及采取标本 相似性对处理的反应尽可能与人相似2受试对象分类 动物：种类、品系、年龄、性别、体重、窝别、健康状况、营养状态等。人：分正常人和病人，要有 选入标准（inclusion criteria）排除标准（exclusion criteria）实验效应指处理因素作用于实验对象的反应，这种反应通过观察指标显示出来。1指标的选择 关联性与研究目的有本质的联系 客观性避免一些笼统的，不确切的指标 灵敏性充分显示实验效应精确性：包括准确度（accuracy）和精密度（precision）。准确度指观察值与真值的接近程度，主要受系统误差影响。精密度指重复观察时，观察值与其平均值 的接近程度，其差值属于随机误差。稳定性指标的变异程度特异性不易受其它因素干扰2指标的观察 实验效应的观察应避免偏性 盲法 注意处理与效应的关系剂量反应曲线、阈反应十四、实验误差及误差的控制控制误差的意义保证实验结果的科学性误差表现的形式：1生物的差异性:生物的个体差异通称变异，客观存在，来源于随机误差。2感官误差：感官误差、技术熟练程度误差。3条件误差：组间条件保证组 间均衡，组内条件保持组内稳定。4分配误差：分组时不注意分层与随机引起。5非均匀误差：抽样不均匀引起。6顺序误差：实验时不改变顺序引起。7过失误差：实验设计不当、主观片 面、粗心大意引起。8估计误差：对观察结果进行分析和 评价时发生的误差。误差的性质 1系统误差：实验测定中由于未发现或未确定的因素所引起的误差，带有方向性和系统性。产生原因往往是可知的或可能掌握的。2偶然误差：由于一些暂时无法控制的微小因素引起的误差，是一种随机误差，无法避免。误差的控制 1实验设计的阶段 实验对象的选择（纳入、排除标准）、样本含量的确定、随机化分组与抽样、分层抽样、对照的设定等 2实验实施阶段 盲法试验、实验标准、规章制度、失访、技术人员水平、记录的完整 3结果分析阶段 实验设计明确混杂因素采用分层抽样、多因素分析十五、实验设计的原则对照 随机 重复对照原则1对照的意义 可排除或控制自然变化和非处理因素对观察结果的影响 可消除或减少实验误差 T+S=e+sT：处理因素；e：实验效应；S：非处理因素；s：S的影响结果如何使e单独显示出来？T+S1e+s1 O+S2o+s2 T e T1+S1e1+s1 T2+S2e2+s2 Td edT：处理因素；S1与S2：相同的非处理因素；Td：T1与T2之差；e：实验效应；s1与s2，S1与S2的影响结果；ed：Td的效应。对照的其它作用通过对照可找出综合因素中的主要有效因素；验证实验方法的可靠性；修正实验数据；找出实验的最适合条件；分析实验中的问题或差错的原因。2设计对照应注意的问题 组间应具有可比性即除处理因素外，其余各种条件均保持一致 以人为试验对象的研究，考虑受试者心理因素的影响需采用安慰剂和盲法进行观察 对照组与试验组的例数应均衡，不要相差太大 自身前后对照应注意评价指标是否随时间的先后而变化，如是，应采用交叉试验设计 受试对象的病理强度应适当3对照的形式 空白对照 安慰剂对照 实验对照 标准对照 自身对照 相互对照 配对对照4几种不完整（不完善）的对照 历史对照 多余对照 对照不足随机原则 1随机的意义 避免有意无意夸大或缩小组间差 别所导致的实验结果的偏差 各种统计分析方法都建立在随机化基础上，要求实验设计遵循随机原则 2随机的类型 随机抽样 随机分组 实验顺序的随机3随机化方法 随机数字表 可用于抽样及分组随机化 例1 某煤矿矿工中有180名0期矽肺病人，试从其中随机抽出10名病人测量其血清铜蓝蛋白含量。随机化步骤将180名矿工依次编号为001180号，等分10段，每段18人；从随机数字表上任意指定第4行，第5，6列数字76起向右查10个数字，依次录于矿工分段下；再以18除以各随机数字，得相应的余数；求得抽样矿工号依次为4，35(=18+17），43（=218+7），175（=918+13）。矿工号分段矿工号分段 1 118 1918 1936 3736 3754 5554 5572 7372 7390 9190 91108 108 163 163180180随机数字随机数字 76 71 61 20 44 90 76 71 61 20 44 90 67 67以以1818除后除后余数余数 4 17 7 2 8 18 4 17 7 2 8 18 13 13抽取矿工号抽取矿工号 4 35 43 56 80 108 4 35 43 56 80 108 175 175 例2 设有动物20头，试将其用随机方法分为两组。将20头动物按体重轻重依次编号为1，2，3，20号；从随机数字表上任意指定第6行，第1，2列数字91起，向右查10个数字，依次录于动物编号下；令单数动物分入甲组，双数动物分入乙组。如要求两组动物数相等，应从乙组中随机抽1头到甲组，则可按下法进行：仍用原随机数字表，接下去查得1随机数字为56，将其除以11，得余为为1，故将乙组中的第1头动物调整到甲组。经调整后：甲组动物号为：1，2，3，7，8，10，11，12，19，20乙组动物号为：4，5，6，9，13，14，15，16，17，18 例3、设有动物18头，试用随机方法将其分配到甲、乙、丙三组中去，将18头动物按体重轻重依次编为1、2、3、18号；查随机数字表第31行第13列，向下查得18个数字；各数字一律除以3，写下其余数；余数1者分入甲组，余数2者分入乙组，余数3者分入丙组。如要求三组动物数相等，则须将甲组里的动物随机抽出，1头到乙组，抽出3头到丙组，可按以下方法进行：仍用原随机数字表，接下去查得4个随机数字为48、62、91、03，分别除以10、9、8、7，取得数据如下随机数字：48 62 91 03 除数 10 9 8 7 余数 8 8 3 3 即应把甲组10头动物中的第8头（13号）调入乙组，剩下9头中的第8头（14号）调入丙，剩下7头中的第3头（9号）调入丙组。经调整后：甲组动物号为 3 4 10 11 12 17 乙组动物号为 1 2 6 13 15 18 丙组动物号为 5 7 8 9 14 16（2）随机排列表 适用于分组，排列等的随机化。例题见后续内容。重复原则 1、重复的意义 重复是消除非处理因素影响的又一 重要手段。重复程度表现为样本含量的大小和 重复次数的多少2、样本含量大小的估计 影响样本含量大小的因素：资料的性质：计量少些；计数多些。误差的大小：误差大，多些；误差小，少些。样本的均衡性：均衡性好，少些；均衡性差，多些。处理因素效应的强弱：实验与对照组差值大，少些；差值小，多些。确定样本含量统计学上的基本要求：第一类错误的概率（检验水准）检验效能（把握度1）0.75 总体标准差（）所比较的两个总体参数的差值（允许误差)或确定样本含量的应用范围（以两样本均数比较为例）。达到有统计意义的最低样本含量 估计检验效能 估计总体参数的差异 常用的估计样本含量的方法样本均数与总体均数比较（或配对比较）例：用某药治疗矽肺患者，估计可增加尿的排出量，标准差89.0 mmol/L,要求以=0.05，=0.10的概率，能够辨别出尿的排出量平均增加35.6 mmol/L，需观察多少例矽肺患者？本例：=35.6；S=89.0；单侧=0.05,=0.10；代入上式 =53.5554 约需治疗54例矽肺患者。（本例也可查表求样本含量）两样本均数比较 A、两样本含量相等 a、估计最低样本含量 b、估计检验效能 c、估计总体参数的差异 例：A、B两种处理的动物冠状静脉血流量实验，A处理平均增加血流量1.8ml/min，B处理平均增加血流量2.4 ml/min，已知两处理标准差相等，均为1.0ml/min,=0.05，=0.10，要得出两处理有差别的结论，需观察多少实验动物？本例：=1；双侧=0.05；=0.10。=116.78117 两组合计所需样本117例，每组约需动物59例。（本例也可查表求样本含量）B、两样本含量不等 Q1和Q2为样本比例（sample proportion），当样本比例不等时，Q1+Q2=1；当两样本例数相等时Q1+Q2=1；。例1、用新药降低高血脂患者的胆固醇，研究者规定试验组与对照组（安慰剂）相比，平均降低20/L以上，才有实际推广应用价值。以参考文献中得知胆固醇的标准差为30/L。规定单例=0.05，=0.10，要求估计样本含量。本例：规定，Q1=0.40，Q2=0.60；单侧=0.05；=0.10；=30/L；=20/L。总例数80例；试验组例数800.4=32例；对照组例数800.6=48例。若有条件做到两组例数相等，则：本例：要求=0.67（Kpa）；双侧=0.05；S=1.6（Kpa）；查u值表，1-=0.20900.21，则=1-0.21=0.79配对、交叉及试验前后比较 例：研究碳酸铝对白细胞减少症的治疗效果，已知患者白细胞数治疗后比治疗前平均增加了109/L，标准差为1.2109/L。规定=0.05（双侧检验），=0.10，求样本含量。本例：双侧=0.05,=0.10，=1109/L，两样本率比较 A、例数相等时：n为两组总例数，1，2为两组总体率，为两组合并率。B、例数不等时：例1、用旧药治疗慢性肾炎的近控率为30%，现试验新药疗效，新药的近控率须达到50%才有推广使用价值。已知合并率 =40%；定=0.05（单侧），1=0.90，问每组需要多少病例？本例：1=50%，2=30%，=40%，若要求两组例数相等，则：两组总例数为206例，每组需103例。本例也可查表求得n。设新药组占60%，旧药组占40%，则：新药组：2090.6=125例旧药组：2090.4=84例 本例：P1=0.882，P2=0.73；n1=1 n2=27；双侧=0.05；因x1=n1p1，x2=n2p2，故 查u值表，=0.352，1=10.352=0.6480.75.例：已知某菌种接种于甲、乙两种培养基的结果如下：甲培养阳性、乙培养阴性 甲培养阴性、乙培养阳性 =0.05（双侧），=0.10，现准备研究一种新的与该菌种相似的菌种，问需多少对样本？本例：=0.05（双侧），该实验至少应取57对样品。估计总体均数 例：拟用单纯随机抽样方法，了解某地区成年男子血色素的平均水平，要求误差不超过2g/L=0.05（双侧），从参考文献得知成年男子血色素的标准差约为25g/L，问需调查多少人？本例：=0.05(双侧）；=2g/L，估计总体率 例：从文献得知，高血压患病率约为8%，研究者要了解某地高血压患病率，要求误差不超过2%，=0.05（双侧），问需调查多少人？本例：=0.05(双侧)；=0.02；=0.08直线相关的样本含量例1、根据参考文献估计=0.07，现定=0.05(双侧)，=0.10，例2：已知n=10，r=0.65，规定=0.05（单侧），问检验效能是否充分？本例：n=10，r=0.65，=0.05(单侧)，。查u值表，=0.3409，1-=10.3409=0.65910.75两相关系数比较两样本含量相等时：例：已知 要求两样本例数相等，=0.05(单侧),=0.10，问需观察多大样本？本例：=0.05(单侧)，总共应观察180例，每组各观察90例。多个样本均数比较n为各样本所需例数；k为组数；与si分别为第i组样本的均数与标准差初估值；值是以、1、2查值表所得，1=k-1，2先以代入查表，用逐步逼近法，求得最终稳定的样本含量。例：拟用A、B、C三种方案治疗血红蛋白小于100g/L的婴幼儿贫血患者，比较这三种方案的疗效。经预试验测得各方案治疗后血红蛋白增加的均数分别为：18.5g/L,13.2g/L,10.4g/L；标准差分别为11.8g/L,13.4g/L,9.39g/L;规定=0.05（双侧），=0.10，问各组需观察多少例？本例：sA=11.8g/L,sB=13.4g/L,sC=9.3g/L 以=0.05（双侧），=0.10，1=k1=31=2，2=查值表，得0。05，0。10，2，=2.25则 再以=0.05（双侧），=0.10，1=k-1=3-1=2，2=k(n(1)-1)=3(51-1)=150；查值表，(取近似值2=120）得0.05,0.10,2,120=2.55,n(2)=2.552(405.29/3)33.85/(3-1)=51.952,两次结果相近，每组各需观察52例。（11）多个样本率比较 n为每个样本所需观察例数；pmax与pmin分别为最大率与最小率，当仅知pmax与pmin的差值pd时，则pmax=0.5+(pd/2)，pmin=0.5-(pd/2)；当以、=k-1，查值表，k为组数。例、拟在某小学观察三种矫治近视眼方法的效果,初得A法有效率为37.87%,B法有效率为18.75%,C法为27.78%。问每种方法各需观察多少例？本例：pmax=0.3778，pmin=0.1857；以=0.05、=0.10、=k-1=3-1=2，查值表，0.05,0.10,2=12.65，每种方法各需138例。